Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Гравитационная линза

Любое массивное тело (планета, звезда) или система тел (галактика, скопление галактик), искривляющая своим гравитационным полем направление распространения излучения, подобно тому, как искривляет световой луч обычная линза.

Эффект гравитационной линзы был предсказан А.Эйнштейном, который в 1915 г. в рамках общей теории относительности впервые правильно вычислил угол отклонения луча света в гравитационном поле. Во время полного солнечного затмения 29 мая 1919 г. английские астрономы измерили отклонение света звезд, проходящего вблизи поверхности Солнца: смещение изображений звезд составило 1.75" в полном согласии с предсказанием Эйнштейна. Английский физик О.Лодж в 1919 г., по-видимому, первым использовал термин "линза", говоря об отклонении электромагнитного луча гравитацией. Петербургский физик О.Хвольсон в 1924 г. опубликовал в журнале "Astronomische Nachrichten" заметку о том, что луч света далекой звезды может быть отклонен притяжением другой звезды-линзы, в результате чего возникнет второе изображение далекой звезды; в случае, когда обе звезды и наблюдатель находятся на одной прямой, изображение будет иметь форму кольца. Эйнштейн опубликовал в 1936 г. в журнале "Science" заметку, в которой по просьбе чешского инженера Р.Мандла рассмотрел линзоподобное действие одной звезды на другую и также указал на возможность кольцеобразного изображения. Ни Хвольсон, ни Эйнштейн не верили в возможность экспериментального обнаружения эффекта гравитационной линзы в случае обычных звезд.

Однако в 1937 г. американский астроном швейцарского происхождения Фриц Цвикки пришел к выводу, что эффект гравитационной фокусировки света можно наблюдать в том случае, если линзой является галактика. В 1979 г. английские астрономы Д. Волш и др. впервые обнаружили "двойной квазар" QSO 0957+16 A,B (красное смещение z=1.4 и угловое расстояние между компонентами около 6"). Когда выяснилось, что оба квазара изменяют свой блеск в унисон, астрономы поняли, что в действительности это два изображения одного квазара, обязанные эффекту грав итационной линзы. Вскоре нашли и саму линзу - далекую галактику (z=0.36), лежащую между Землей и квазаром. К концу ХХ в. обнаружено несколько десятков гравитационных линз. Некоторые изображения действительно имеют форму ровного или разорванного кольца, которое называют "кольцом Эйнштейна" или "кольцом Хвольсона-Эйнштейна". Позже был обнаружен эффект гравитационной линзы и в пределах нашей Галактики: однократная спонтанная переменность блеска некоторых звезд указывает на то, что между ними и Землей проходят массивные и довольно темные тела, природа которых пока не ясна.

Ключевым компонентом общей теории относительности является то, что массивный объект, такие как планеты, звезды, галактики или скопления галактик могут иметь драматические последствия для «ткани» Вселенной, известной как «пространство-время». В обычных условиях свет проходит через пространство по прямой линии, однако массивный объект искривляет пространство-время таким образом, что свет проходит по изогнутой траектории. Таким образом, мы можем в состоянии увидеть искаженный свет далеких галактик, который проходит через массивные галактики по пути на .

И конечно существует множество примеров, вызванных этим механизмов, известным как «гравитационная линза». Эти артефакты могут быть использованы для увеличения возможностей самых мощных телескопов.

На этом изображении, сделанном космическим телескопом Хаббла и рентгеновской обсерватории НАСА Чандра, кажется, что на нас смотрит «Чеширский кот». На самом деле, это скопление галактик находится на расстоянии 4 миллиардов световых лет от Земли в . Часть света этих галактик было деформировано и искривлено на своем пути через Вселенную, пока не достигло наших телескопов.

Эта диаграмма дает хорошее представление того, как работает гравитационная линза. Свет, исходящий от далекой галактики, проходит через пространство и огибает скопление галактик на переднем плане. Интересно, что масса скопления галактик на переднем плане имеет аналогичный эффект для этого дальнего света, как стеклянная линза, поставленная перед пламенем свечи. Гравитационная линза позволяет усиливать свет далеких галактик, создавая естественную линзу в пространстве, которые в противном случае бы остались слишком тусклыми, чтобы быть увиденными.

Конечно, выравнивание Земли, гравитационной линзы и далекой галактики не всегда идеально. Кроме того, объект на переднем планет, как правило, имеет неправильную форму. Эти факторы заставляют выглядеть далекие галактики как дуги. Одна и та же галактика с различными гравитационными линзами может быть спроектирована по-разному.

На этом изображении, сделанном космическим телескопом Хаббл, представлено скопление галактик Abell 370, в котором можно увидеть несколько видимых дуг галактического света. Часто, для определения четких размеров, эти дуги могут быть реконструированы, чтобы показать, как галактика выглядит без искажений.

Это еще одно массивное скопление галактик Abell 2218, которое заполнено некоторыми потрясающими примерами гравитационно-линзовых галактик. Эти дуги – свет от галактик, расположенных от 5 до 10 раз дальше от Земли, чем скопление галактик. Abell 2218 усиливает слабый свет от галактик, которые существовали более 13 миллиардов лет назад, менее чем через миллиард лет после Большого Взрыва. Эти дуги действительно являются артефактами начала времен.

Если выравнивание будет идеальным и объект-линза будет менее сложным, чем скопление галактик, то можно увидеть почти идеальные круги света или «подковы», где свет далекой галактики деформируется на 360 градусов вокруг объекта линзирования. Например, прохождение изолированной массивной черной дыры перед далекой галактикой может создать такую драматическую сцену.

Как видно на этом поразительном изображении, полученным Атакамской Большой Миллиметровой/субмиллиметровой Решеткой (сокр.: ALMA. англ.: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, свет далекой галактики сформировал полный круг, метко названный «кольцом Эйнштейна». Свет возник из древней звездообразовательной галактики под названием SDP.81 и является лучшим примером кольца Эйнштейна на сегодняшний день.

Иногда несколько изображений одного и того же объекта можно увидеть вокруг гравитационных линз. На этом изумительном изображении можно наблюдать древнюю сверхновую, которая была многократно увеличена массивной галактикой, содержащейся в скоплении MACS J1149.6 + 2223, расположенном в 5 миллиардах световых лет. Сама сверхновая расположена на расстоянии еще 4000000000 световых лет и четырехкратно преломилась вокруг объекта-линзы. Такое строение известно как «Крест Эйнштейна».

Невероятные возможности

Эволюция телескопов привела нас к созданию гигантов с диаметром 30 метров и фокусным расстоянием почти полкилометра (таким будет строящийся великан ТМТ). Но природа уже создала гигантские оптические системы, нам надо только грамотно их использовать. Невозможно построить телескоп размером с Солнечную систему, да и незачем, ведь он уже существует!

Еще в 1912 году гениальный Эйнштейн предсказал, что гравитация массивного тела будет искривлять световые лучи. В 1935 году чешский инженер Мандл в своем письме Эйнштейну высказал предположение, что близкие к нам звезды могут искажать свет более далеких звезд, создавая эффект гравитационной линзы . В своем ответе, опубликованном в журнале Science в 1936 году, Эйнштейн согласился с существованием такого явления, но выразил сомнение в возможности его использования.

Кольца Эйнштейна

В 1970 году группой астрономов в обсерватории Китт-Пик в Аризоне был обнаружен двойной квазар QSO 0957+561 A/B, компоненты которого были расположены очень близко и были похожи по характеристикам. При более подробном изучении оказалось, что это один и тот же объект, изображение которого раздвоено гравитационным линзированием далекой галактики. В 1987 году астрономом Жаклин Хьюит с помощью радиотелескопа было впервые зарегистрировано изображение далекого источника сигнала, гравитационным линзированием превращенное в так называемое кольцо Эйнштейна. На сегодняшний день открыто множество гравитационных линз, превращающих далекие объекты в кольца, двойные кольца и их фрагменты.

Гравитационная линза Солнца

Хотя все открытые на сегодняшний день гравитационные линзы во вселенной – галактики, звезды тоже могут сыграть такую роль. Ближайшая точка гравитационного фокуса нашей звезды (откуда вокруг Солнца можно увидеть кольцо Эйнштейна), расположена от него в 550 астрономических единицах (1 а. е. это среднее расстояние от Земли до Солнца). Концепция космического аппарата, который сможет добраться до гравиационного фокуса Солнца, была предложена еще в 1979 году Воном Эшлеманом из Стэнфордского университета, позже эта идея неоднократно рассматривалась многими известными учеными. В 190-х годах эта идея получила второе дыхание благодаря итальянскому астроному Клаудио Макконе, предложившему проект FOCAL (Fast Outgoing Cyclopean Astronomical Lens), цель которого – отправить космический аппарат к гравитационному фокусу Солнца.

Холодная реальность

Впрочем, на сегодняшний день отправка космического аппарата на такое большое расстояние – это теория. Для полета подобного аппарата в ближайшую точку гравитационного фокуса понадобится более 50 лет. Но для получения качественного изображения нужно забраться еще дальше, чтобы не получить помехи от солнечной короны. Но это только начало проблем, ведь возникнут большие трудности с наведением оптики. Для поворота такого телескопа даже на один градус, космический аппарат нужно переместить на 10 а. е., что составляет расстояние от Земли до Сатурна. В реальности подобную систему можно применять для наблюдения только одного, заранее выбранного объекта, например, экзопланеты.

Впрочем, размер изображения планеты величиной с Землю на расстоянии около десяти световых лет в фокальной плоскости составляет многие километры.

Один вместо тысяч

Возможности, которые открывает доступ к гравитационной линзе Солнца, очень велики. Подобный способ позволит получать детализированные изображения далеких звезд и галактик, для которых понадобились бы мощности тысяч обычных телескопов

Клаудио Макконе, руководитель направления космических научных исследований Международной академии астронавтики (IAA) и председатель постоянного комитета IAA по SETI (поиску внеземного разума): «Где бы в космосе ни были разумные существа вроде нас, они будут стремиться исследовать Вселенную. И они, и мы хотим пролить свет на самые дальние уголки космоса. Для этой цели мы строим все более мощные телескопы различных типов. Но по мере накопления знаний любая цивилизация начинает понимать, что природой дан ей великий дар: линза столь мощная, что никакая приемлемая технология не способна повторить ее или превзойти. Эта линза - звезда цивилизации, в нашем случае - Солнце. Гравитация любой звезды искривляет пространство, влияя на траекторию любой частицы или волны таким образом, что создает изображение объекта, как это делают знакомые нам обычные линзы».

Гравитационное линзирование – один из интереснейших космических эффектов, который способны вызывать практически все крупные объекты во Вселенной.

Линзирование в скоплении галактик Abell 2218

В действительности, гравитационное линзирование – это эффект, который обладают не только крупные, но и мелкие космические объекты. Суть его заключается в том, что когда наблюдатель смотрит на дальний источник света в космосе через другой космический объект, форма дальнего источника света искажается. Такое искажение источника света может быть вызвано звездой или галактикой, через которую проходит свет от отдаленного объекта.

Существуют также данные, свидетельствующие о том, что искажать свет могут не только звезды и галактики, но и малые астрономические тела, например, планеты. Однако в данном случае искажение будет настолько незначительным, что зафиксировать его можно будет только при помощи сверхмощных оптических приборов, да и то зафиксированная величина будет чисто формальной.

Эффект гравитационного линзирования был обнаружен относительно не так давно. Только с появлением новейших телескопов ученым удалось наблюдать этот интересный эффект и детально исследовать механизм его появления. О том, как происходит механизм линзирования мы поговорим в следующем пункте.

Механизм линзирования

По логике, свет, исходящий от дальнего квазара (одного из наиболее ярких объектов во Вселенной) или галактики в направлении Земли, должен попадать на Землю под прямым углом. Однако в некоторых случаях на пути этого света встречается другая галактика или сверхмассивная звезда, гравитационное поле, которое притягивает к себе электромагнитное излучение, направленное отдаленным объектом. Вследствие этого возникает эффект гравитационного линзирования, которому и посвящена эта статья.

Получается, что свет отдаленного объекта, попадая на галактику, находящуюся между ним и наблюдателем, искажает истинную форму источника, который послал его на Землю. Точно так же делает обычная линза. Свет, попадая на нее, искажается. Если посмотреть через нее на объект, пославший свет, мы увидим, что он стал намного крупнее.

Форма, которую гравитационное линзирование придает отдаленному источнику света, может отличаться, в зависимости от того, через какой объект в космическом пространстве проходят его лучи. Известные примеры искажения формы источника света мы приведем в следующем пункте.

Кольцо и Крест Эйнштейна

Современному научному сообществу известно два возможных результата гравитационного линзирования: Кольцо и Крест Эйнштейна. Оба они зависят оттого, через какую структуру в космосе проходит свет. Если свет поступает к наблюдателю через компактную галактику, форма объекта испустившего луч зрительно увеличивается, кроме того, из точки она превращается в окружность. Именно эту окружность ученые называют Кольцом Эйнштейна.

Второе интересное астрономическое явление – Крест Эйнштейна так же вызвано гравитационным линзированием. Принцип его возникновения аналогичен предыдущему. Разница заключается только в том, что свет от отдаленного объекта проходит не через компактную, а через спиральную галактику. В результате этого мы видим фигуру, своей формой напоминающую крест.

Наиболее интересные гравитационные линзы

Эффект гравитационного линзирования астрономам удалось зафиксировать благодаря мощным оптическим приборам. Среди них орбитальный телескоп Хаббл. К примеру, совсем недавно при помощи телескопа был сделан снимок галактического кластера SDSS J1038+4849, состоящего из двух галактик. Излучение одной галактики проходит через другую в результате чего образуется эффект Эйнштейновского Кольца – одной из разновидностей гравитационного линзирования.

Сливающиеся галактики в удаленной части Вселенной: вид через гравитационную линзу

А вот второй схожий объект был обнаружен уже при помощи телескопа Гершель, который был запущен на орбиту в 2009 году. Данный объект представляет собой галактический кластер со сложно запоминающимся именем – H1429-0028. Этот кластер так же, как и предыдущий, состоит из 2-ух галактик, одна из которых выступает линзой. В данном случае вы так же будете наблюдать Кольцо Эйнштейна.

Если же вам интересно увидеть Эйнштейновский Крест, вам придется воспользоваться сверхмощным телескопом. Наведя его на созвездие Пегаса, вы сможете увидеть Крест, который является производным далекого квазара. По некоторым подсчетам он удален от нас на 11 миллиардов световых лет. Спиральная галактика-линза, благодаря которой мы можем наблюдать подобный эффект находится в 10 раз ближе квазара, практически на одной линии с ним.

1. Эффект гравитационного линзирования упоминается в недавно вышедшем фантастическом фильме «Интерстеллар».
2. Эффекты Эйнштейновского Креста и Кольца названы в честь их первооткрывателя – знаменитого физика Альберта Эйнштейна.
3. Визуально наблюдать гравитационное линзирование можно только в тех случаях, когда масса линзы равняется 10 12 масс нашего Солнца.
4. При помощи гравитационного линзирования можно обнаружить неяркие объекты, а потому и невидимые объекты во Вселенной. Когда свет из отдаленного источника попадаете на такой объект, то как бы вспыхивает. Такой эффект называется гравитационным микролинзированием. С его помощью астрономам удалось обнаружить коричневые карлики, которые нельзя было увидеть другим способом.
5. На сегодняшний день использование эффекта гравитационной линзы – единственный способ обнаружить темный, удаленный объект в космосе.

Космический плацдарм Постулаты относительности мира
Гравитационные линзы

Подобно миражам, которые путешественники встречают в пустынях, в космосе существуют свои миражи. Они возникают, когда свет от отдаленных объектов отклоняется, изгибается и даже усиливается гравитационным полем массивных объектов, таких как галактики, галактические скопления и черные дыры. Большая масса объекта способна создать эффект линзы. На изображении внизу показано, как лучи света (обозначенные серыми стрелками), исходящие из отдаленной спиральной галактики, отклоняются, проходя мимо объекта с большой массой, например галактического скопления (шар, окруженный голубым сиянием, в центре изображения). Когда этот свет наконец достигает Земли, то создается впечатление, что он пришел с несколько иного направления (обозначенного красными стрелками). Форма обычной спиральной галактики при этом также изменилась. В данном случае галактическое скопление ведет себя как гигантское увеличительное стекло, или гравитационная линза, увеличивая и искажая изображение отдаленной галактики.

Гравитационными линзами называют астрономическое явление, при котором изображение какого-либо

Если линза сферическая, то наблюдаемое изображение имеет вид "кольца Эйнштейна", то есто светящегося кольца. Гравитационное поле, отклоняя лучи света, действует, подобно собирательной линзе.

Если линза вытянутая, то изображение получается в виде "креста Эйнштейна". Когда источник, линза и наблюдатель находятся на одном луче зрения, изображения зависят от формы объекта, создающего гравитационную линзу.

Если в качестве линзы выступает галактическое скопление, то изображение разбивается на части дугообразной формы. В отличие от привычных линз "фокусное расстояние" гравитационных оказывается очень большим.

Три вида эффектов от гравитационных линз

удаленного источника (звезды, галактики, квазара) оказывается искаженным из-за того, что луч зрения между источником и наблюдателем проходит вблизи какого-то притягивающего тела (другой звезды, галактики и даже скопления галактик). Термин «гравитационная линза» появился, по всей вероятности, в 20-е годы ХХ века, когда резко возрос интерес ученых к проблеме преломления света в гравитационном поле как к эффекту, предсказанному общей теорией относительности А. Эйнштейна и обнаруженному экспериментальной группой английских астрономов во главе с А. Эддингтоном во время полного солнечного затмения, происходившего 29 мая 1919 года. Именно тогда изображения звёзд, видимые вблизи края солнечного диска, немного сместились относительно своих обычных мест, а величина этого смещения находилась в полном согласии с предсказанием Эйнштейна.
Ближайшая к Солнцу точка его фокуса расположена в 550 раз дальше 3емли, а потому наблюдать с 3емли линзовый эффект поля тяготения Солнца нельзя. Хотя в принципе гравитационной линзой может стать любая звезда при условии, что она находится на луче зрения между наблюдателем и удаленным источником, вот только вероятность осуществления такой конфигурации крайне мала из-за низкой плотности звезд в нашей Галактике. А потому никто и не надеялся на то, что изображение, «построенное» гравитацией, будет когда-либо обнаружено в природе. Появилось лишь несколько теоретических работ, посвященных тому, как должно выглядеть изображение звезды, если между ней и наблюдателем окажется другая звезда или линза.
Тогда согласно предположениям такая звезда будет экранировать прямые лучи от источника, а к наблюдателю попадут только те лучи, которые преломлены в ее поле тяготения по образующим конуса. Изображение же источника будет выглядеть ярким кольцом (названным «кольцом Эйнштейна»), окружающим диск фокусирующей звезды. Угловые размеры как фокусирующей звезды, так и кольца очень малы, и увидеть их в отдельности невозможно даже в лучшие наземные телескопы. Дaжe при незначительном смещении наблюдателя в сторону симметрия нарушается, светящееся кольцо разрывается на две дуги, которые по мере удаления от оси будут стягиваться в маленькие кружочки. Это значит, что пока наблюдатель находится в области фокусировки, он будет видеть вместо одной звезды дна ее изображения по разные стороны от звезды-линзы. К тому же и сама фокусирующая звезда может являться мощным источником света, так как расположена относительно наблюдателя гораздо ближе изображаемого ею объекта и ее ослепляющее действие можно преодолеть только в том случае, если она заметно усиливает яркость изображения источника. Любые нарушения симметрии поля тяготения звезды и ее вращение уменьшают его фокусирующее действие и затрудняют обнаружение линзового эффекта от одиночных звезд.
Однако в 1937 году американский астроном Фриц Цвикки пришел к выводу, что роль линзы могут играть не только отдельные звезды, но и целые галактики. В этом случае угловые расстояния между изображением источника и гравитационной линзой настолько увеличиваются, что оказываются в пределах разрешающей способности современных телескопов.
Обнаружить эффект гравитационного линзирования во Вселенной астрономам помогли квазары - одни из самых далеких и ярких объектов Вселенной. Чем дальше находится объект, тем больше вероятность того, что на луче зрения между ним и наблюдателем появится какая-нибудь галактика. В 1979 году группа астрономов из Англии и CШA получила спектры двух компонентов квазара QSO 0957+561, удаленного от нас более чем на 8 млрд. световых лет. Астрономы были поражены практически полной идентичностью их спектров и красного смещения. Вот только колебания яркости компонентов происходили не одновременно, а с разницей приблизительно в один год. Поэтому астрономы склонились к мнению, что два компонента квазара QSO 0957+561 - это всего лишь кажущийся эффект. На самом же деле существует лишь один квазар, а его двойное изображение является результатом действия гравитационной линзы, находящейся между наблюдателем и квазаром. В результате длительных наблюдений была обнаружена эллиптическая галактика, расположенная на расстоянии более 3 млн. световых лет от Земли, которая и разделила надвое своей гравитацией излучение квазара. Галактика-линза немного смещена в сторону от линии Земля-квазар, поэтому ход лучей в системе несимметричен: фотоны, огибающие галактику с одной стороны, должны преодолевать гораздо большее расстояние, чем фотоны, огибающие ее с другой, потому-то и прибывают они к наблюдателю с опозданием в год.
Конечно, гравитационная линза - «плохая» линза в том смысле, что у нее нет хорошего фокуса, где можно получить неискаженное изображение. Ведь структура изображений зависит от взаимного расположения источника, линзы и наблюдателя, а также массы и формы линзы. Наиболее экстремальное искажение света имеет место тогда, когда линза очень массивна и линзируемый источник достаточно близок к ней. В конце 80-х годов прошлого столетия стали наблюдаться гравитационные линзы на скоплениях галактик. При этом было обнаружено, что слабые голубые галактики, находящиеся за линзирующим скоплением, имеют вытянутые дугообразные формы. Классический пример такой картины - снимок скопления галактик Абелл 2218, полученный космическим телескопом «Хаббл».
В простейшем случае, когда размеры источника и линзы невелики, изображение источника «размножается» на два и более компонентов. Примером тому может служить знаменитый квазар «крест Эйнштейна», расстояние до которого оценивается в более чем 8 млрд. световых лет. Изображение самого квазара состоит из четырех компонентов, а яркое пятно между ними - линзирующая галактика, расположеная примерно в 20 раз ближе квазара. В общем случае расстояния, которые проходит свет, создающий разные изображения одного и того же объекта до наблюдателя, неодинаковы.
Часто линзу не удается обнаружить оптическими наблюдениями и искажение изображения далекого исследуемого источника излучения является единственным свидетельством того, что на луче зрения между ним и наблюдателем присутствует большое скопление вешества. Так, фотографии квазара MG2016+122 из созвездия Дельфина говорят о том, что свет от него преломляется мощной гравитационной линзой, однако наблюдения на самых мощных оптических телескопах не смогли обнаружить ничего, что могло бы вызывать отклонения света квазара! Изучить галактику выступающую в роли гравитационной линзы, гораздо сложнее, чем обнаружить ее влияние на изображение квазара. Слабое изображение галактики часто тонет в ярком свете квазара (хотя по земным меркам оба они - суперслабые).
Гравитационные микролинзы

Гравитационные линзы могут пролить свет на самые «темные» тайны Вселенной. В конце 1997 года астроном М. Хокинс заявил о том, что одним из невидимых массивных компонентов Вселенной, возможно, являются галактики, лишенные звезд. Свое предположение он основывает на том, что при изучении восьми пар изображений гравитационно линзированных квазаров ему только в двух случаях удалось обнаружить отклоняющие свет звездные системы. У остальных же шести пар оптических следов гравитационной линзы - галактики обнаружено не было. А судя по искажению изображений, эти линзы по массе не уступают нашей Галактике. Поэтому Хокинс и его коллеги считают, что им удалось открыть «несостоявшиеся галактики», лишенные звездного населения и состоящие только из газа. Если это действительно так, то открытие поможет решить загадку скрытой массы.
Скрытой массой (или, иначе, темной материей) называют вещество неизвестной природы, которое взаимодействует с обычным (видимым) веществом практически только посредством сил гравитации. Звезды как в нашей, как и в других спиральных галактиках вращаются так, словно большая часть массы этих систем сосредоточена не в диске, а в обширном несветящемся гало, протяженность которого, по некоторым данным, может превышать размеры диска в десятки раз. Одно из объяснений этого парадокса заключается в том, что гало типичной дисковой галактики заполнено объектами, названными МАСНО

На этом снимке, полученном телескопом «Хаббл», видны несколько голубых петлеобразных объектов, которые являются размноженными изображениями одной и той же галактики. Они размножены гравитационной линзой - скоплением спиральных и эллиптических галактик (желтого цвета), имеющих название 0024 + 1654. На этом изображении свет от отдаленной галактики отклоняется, когда он проходит вблизи скопления, разделяя изображение галактики на пять частей. Искажается также форма галактики: из обычиой спиральной она приобретает вид вытянутой дуги. Скопление находится на расстоянии 5 млрд. световых лет в созвездии Рыб, а голубая галактика - на вдвое большем расстоянии.

Тайна гравитационной линзы: прохождение лучей

На изображении в кадре, полученном телескопом Хаббл, видна очень маленькая слабосветящаяся галактика, недавно открытая совместными усилиями космического телескопа и наземными телескопами Кек на Гавайях с помощью галактического скопления Abell 2218, которое выполняет роль гравитационной линзы, усиливая свет в 30 раз. Без участия этого скопления открытие блока (13,4 млрд св лет), было невозможно. Все в поле зрения изображения покрыто тонкими дугами - искаженными галактиками находящимися за скоплением. Многие из этих галактик находятся во много раз дальше чем само скопление. Видны они стали благодаря гравитационной линзе.

(Massive Astrophysical Compact Наlо Оbjects - массивные астрофизические компактные галообъекты). К ним относятся слабосветящиеся звезды, или коричневые карлики (с массой, меньшей чем 0,08 массы Солнца, в недрах которых никогда не происходят термоядерные реакции), белые карлики - планеты с массами до одной тысячной массы Солнца, нейтронные звезды в неактивной стадии и черные дыры.
Согласно оценке Богдана Пачинского число темных тел в гало Галактики должно быть весьма велико, так что вероятность того, что звезда одной из ближайших галактик почти точно спроектируется на темное тело, составляет порядка одной миллионной. И хотя эта вероятность чрезвычайно мала, наблюдая одновременно миллионы звезд в небольшой компактной области неба с помощью панорамных приемников излучения, можно надеяться на достаточно частую регистрацию вспышек звезд, вызванных эффектом микролинзирования. А по длительности и частоте подобных событий можно судить о вкладе темных тел гало Галактики в полную массу невидимого вещества. Это, конечно, очень важный вывод: если МАСНО - объекты существуют, микролинзирование является подходящим методом для обнаружения темной материи, за которой астрономы охотятся в последние десятилетия.
Большие и Малые Магеллановы Облака - самые ближайшие наши соседи и самые яркие галактики на небе. Они выглядят как два туманных облачка, хотя эти облачка содержат миллиарды звезд и поэтому являются потенциальными целями для микролинзирования. Если бы между нами и Магеллановыми Облаками не было никаких тел, способных создавать эффект гравитационной микролинзы, то, наблюдая за звездами, мы получали бы информацию об их собственной переменности блеска. Но если между нами и звездами этик галактик время от времени пролетают неизлучающие или слабосветящиеся массивные тела (например, старые холодные белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры или планеты типа Юпитера), то появляется вероятность того, что при достаточно долгом времени наблюдения такое темное тело «пролетит» настолько близко к лучу от одной из звезд Магеллановых Облаков, что блеск последней сначала резко увеличится, а затем уменьшится абсолютно симметрично за время такого близкого пролета. Очевидно, чем плотнее звездное поле, тем дольше можно следить за каждой из звезд и тем больше шансов обнаружить темные тела. Звезды Больших и Малых Магеллановых Облаков могут быть линзированы главным образом объектами Галактического гало. Другой потенциальной целью для микролинзирования является Галактический балдж - большое скопление звезд в окрестности галактического центра. В этом случае можно ожидать эффектов микролинзирования очень малыми объектами массой около одной миллионной массы Солнца.
Группа американских и австралийских ученых, назвавшая свой эксперимент МАСНО, проводила наблюдения на обсерватории Mount Stromlo в Австралии, вблизи Канберры, с использованием телескопа, в фокусе которого установлен панорамный фотоэлектрический приемник, позволяющий одновременно регистрировать и анализировать с помощью компьютера блеск около миллиона звезд. Помимо этого, группа МАСНО наблюдала также звезды в направлении на центр Галактики и Большого Магелланова Облака. Члены группы, следившие за блеском более 10 млн. звезд, зафиксировали два десятка открытых ими событий микролинзирования. Причем обычные звезды Галактики за все время наблюдений могли бы дать одно, максимум два события, а потому учеными был сделан вывод, что линзы находятся в гало Галактики. Продолжительность же уярчения фоновой звезды позволила оценить массу микролинз, которая составляла примерно 0,5 массы Солнца. Удалось также в процессе наблюдения отождествить источник одного из событий микролинзирования со слабой звездой, но не из гало Галактики, а из дискового населения.
Звезда-линза была найдена на снимках с телескопа «Хаббл» спустя б лет после наблюдения явления микролинзирования, длившегося долго - блеск далекой голубой звезды в БМО был выше нормы около 100 суток. На снимке с «Хаббла» была обнаружена близкая (на расстоянии 200 пк от нас) красная звезда класса М с массой около 0,1 массы Солнца. Спектральный анализ подтвердил наличие линий этой слабой звезды на фоне спектра голубой звезды из Большого Магелланова Облака.
На первом этапе группа МАСНО использовала небольшой телескоп обсерватории Mount Stromlo в Австралии. Теперь же идет новый, 5-летний цикл наблюдений на мощном 4-метровом телескопе, установленном в Чили. Он позволит резко увеличить статистику явлений микролинзирования и с гораздо более высокой степенью надежности поможет установить, какую долю в этих явлениях составляют видимые звезды.
Совместный проект французских и чилийских ученых, названный EROS, состоит из двух программ. Первая из них предусматривает поиск объектов с массой от 0,0001 до 0,1 массы Солнца, время линзирования которых заключено в пределах от 1 до 30 дней. Наблюдения проводились в Чили на широкоугольном 50-см телескопе вначале с помощью фотографической методики, а затем с помощью фотоэлектрического ПЗС-приемника. За несколько лет было изучено приблизительно 10 миллионов звезд. Вторая программа направлена на поиск объектов, имеющих до 0,001 массы Солнца с временем линзирования от 1 до 3 дней. Для этих наблюдений 150 000 звезд просматривались каждые 20 минут.

Проект наблюдения микролинзирования в астрофизике (МОА) - совместный эксперимент Японии и Новой 3еландии - был начат в 1995 году. Наблюдения группы МОА проводятся в Новой Зеландии. Чтобы лучше оценить пространственное распределение темных тел в Галактике, необходимо наращивать число наблюдений явлений микролинзирования не только в направлении на БМО, но и в других направлениях. С этой целью группа астрономов Государственного астрономического института им. П.К.Штернберга МГУ начала поиск эффектов микролинзирования звезд галактики в созвездии Андромеда, которая расположена на Северном небе и доступна для наблюдений с обсерваторий России и стран СНГ. К настоящему времени число обнаруженных явлений микролинзирования превышает 50. Анализ результатов наблюдений БМО позволяет предположить, что по крайней мере половина скрытой массы гало Галактики обязана своим происхождением вкладу маломассивных звезд и коричневых карликов. Наблюдения микролинзирования звезд с высокой фотометрической точностью дают принципиальную возможность обнаружения не только темной материи, но также и планетных систем у звезд. Открытие эффектов микролинзиронания было сделано на небольших наземных телескопах простыми и дешевыми средствами. Наряду с обнаружением эффектов микролинзирования были получены высокоточные кривые блеска многих десятков тысяч переменных звезд разных типов, что является важным вкладом в проблему изучения переменных звезд. Гравитационные линзы - весьма многообещающее явление, способное привести к самым неожиданным открытиям как в нашей Галактике, так и в самых далеких уголках Вселенной. Оно уже стало независимым и крайне важным астрономическим методом, с помощью которого можно получать ценную информацию о загадочной темной материи, измерять ключевые космологические параметры и наблюдать новые эффекты в движении небесных тел, которые невозможно увидеть традиционными астрономическими методами.